管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅰ)PIV和RTD实验研究

采用粒子成像可视化（PIV）技术研究了管式振荡流反应器（OFR）内的流场形态和混合特点,并采用脉冲进样法测定了OFR在不同振荡条件下的停留时间分布函数。实验结果表明,OFR的混合特性十分复杂,并随振荡强度的变化呈现出不同的特征。振荡强度较低时,振荡使得OFR径向混合加强,减少了滞留区,流体的流动趋于平推流;振荡强度较高时,腔室内布满数目、尺寸和位置不断变化的漩涡,使每个腔室趋向于全混,腔室问的返混增大。实验数据与多级串联全混釜模型的比较结果显示,OFR的混合特性远非简单流动模式模型所能表征。     

锥环挡板振荡流反应器流场的CFD研究

采用(四面体 楔体 棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息.研究得到了存在净流时锥环挡板OFR的流场结构,同时将模拟结果与圆环挡板OFR流场进行了比较.     

管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅱ)高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性.根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系.模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好.     

挡板偏心度对振荡流反应器三维流场对称性影响的研究

借助商业计算流体力学软件CFX,运用有限容积法离散振荡流反应器（OFR）的单个腔室,对具有理想对称几何边界和轻微挡板偏心度的OFR在系列振荡雷诺数（Reo）下的三维流场进行了仿真模拟,并将其可视化计算流场与实验流场进行比较,研究了OFR几何边界上的非对称因素对其内三维流场流型的影响.模拟结果表明在有效消除计算随机误差以及误差积累的情况下,几何边界理想对称OFR内的三维层流流场呈现出良好的中心对称性和周向均匀性,而湍流流场中心对称的同时呈现出周向非均匀结构--在圆周上生成8个中心对称排列的横向漩涡,其形态与Couette流中的泰勒涡类似.另外,挡板偏心度对OFR内的振荡流场的对称性有重要影响：在较大的下,其三维流场生成非对称性显著的大尺度漩涡对;并且随的增大,流场的非对称程度加大而增加.     

圆环挡板振荡流反应器的计算流体动力学研究

采用并行计算技术和2237267个格栅的非结构化网格模型.成功地进行了具有完整结构的十腔室圆环挡板振荡流反应器的数值模拟研究,获得了进料腔室、标准腔室和出料腔室的流场结构和特征.对标准腔室的计算流场和实验流场图像的对比显示两者吻合良好.模拟结果表明,标准腔室中的主流区和二次流区的径向位置在每个振荡周期中交换一次.而除了底部腔室以外的其余腔室中的二次流区漩涡在整个振荡周期中始终存在.进一步的研究将针对二次流区漩涡的动态行为进行.     

管式振荡流反应器的流动模式研究 (II)高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。     

管式振荡流反应器的流动模式研究（）高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果，在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上，提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果，运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明，优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。     

小型受限撞击流反应器内混合特征及激励强化

利用平面激光诱导荧光技术(planar laser induced fluorescence,PLIF)研究了小型受限撞击流反应器(confined impinging jets reactor,CIJR)内混合特征及激励强化,射流入口Reynolds数范围为75~150。研究结果表明,在受限撞击流反应器内,由分离流模式向自持振荡模式转变过程中,两股流体间的混合效果逐渐提升;当流动为分离流模式时,激励能有效地强化两股流体间的混合,而当流动转变为自持振荡模式时,激励对流体混合的影响较小。     

T型反应器内流动、混合及界面反应特征

利用平面激光诱导荧光（PLIF）技术和酚酞显色反应,对不同Reynolds数（20<Re<420）下T型反应器内的复杂流动结构及界面反应进行了可视化研究。随着入口Re的增加,反应器内依次出现分离流、稳态吞噬流、非稳态吞噬流及非稳态对称流等流动模式。重点考察了不同流动模式下T型反应器内的界面反应特征,结合流动模式对混合效果、产物浓度分布及时间演化进行了分析,揭示了反应器内复杂流场对混合及界面反应的影响机理。结果表明,吞噬流三维旋涡结构使流体相互卷吸缠绕,通过折叠拉伸形成层状的流体界面,极大增加了反应物的界面接触面积,混合及反应程度显著提升,产物浓度较高且分布均匀。     

异波折流板反应器水力特性试验研究

以Cl~-为示踪剂,采用停留时间分布法(RTD)研究在清水和有污泥稳定运行条件下,HRT对异波折流板反应器和平板折流板反应器水力特性的影响,并进行了对比分析.结果表明,进水为清水、HRT为2～8 h,HRT对平板折流板反应器的水力特性的影响比异波折板反应器更为显著,异波折板反应器的流动模式处于平推流和完全混合的"中间状态".相同HRT条件下异波折板反应器的死区率小于平板折板反应器,异波折板反应器内接种污泥后,死区比清水反应器时有所增加,生物死区成为死区大小的主要贡献者.